Кристаллохимия

Презентация қосу

Кристаллохимия
1-Дәріс. Кіріспе : кристалдар, аморфты заттар туралы
жалпы мәліметтер. Кристаллохимия пәні және оның
басқа пәндермен байланысуының ғылыми және
техникалық маңызы.
Кристалдар деп көп қырлы қатты заттарды айтады. «Кристаллос» грек
тілінен таза мұз деп аударылады, орыс тілінде «горный хрусталь»
-таза мөлдір минерал.
Жалпы кристалдарды сипаттағанда олардың жағын, қырын және
төбелерін көрсетеді. Кристалдарда материалдық бөлшектер-
молекулалар,атомдар т.б бір біріне қатысты ретті бағытталған.Ал,
қураушы бөлшектері ретсіз орналасқан катты заттар аморфты деп
аталады.
Кристалл қатарына таужыныстары, минералдар, мұз,қар,металдар,
қант,тұз т.б жатады.
Аморфты заттарға-шыны, шайыр т.б. жатады.
Кристаллография бөлек ғылым болып 18 ғасырдың аяғында бөлінді.
Қазіргі заманда кристаллография – кристалдардың түзілу заңдарын,
пішінін, құрылысын, олардың құрылыстық белгілері бойынша
классификациясын, физикалық қасиеттерін зерттейтін ғылым.
Қатты денелердің жіктелуі
Кристаллография 3 үлкен бөлімнен құралады:
1.геометриялық кристаллография
2.Кристаллохимия
3. Кристаллофизика
Қазіргі заманда кристаллография басқа дәл ғылымдармен бірге ғылым мен
техниканы жылжытушы күштерінннің бірі болып саналады. Ол химия,
физика, математика, геология т.б пәндермен тығыз байланысты.
Кристаллохимияның негізгі мақсаттарының бірі- кристалдардың атомдық
құрылыстарының атомдар арасындағы байланыстарының физикалық және
химиялық қасиеттеріне тәуелдіктерін көрсету, белгілі кристаллохимиялық
заңдылықтарды пайдаланып материалдардың қасиеттерін керекті бағытта
өзгертіп жаңа қосылыстар алу.
2-Дәріс. Кристалдардың негізгі қасиеттері: анизотроптылық, біртектілік,
кристалдардың өздігінен қырлануы. Геометриялық кристаллографияның

түсініктері: қатар, жазықтық, элементарлы ұяшық, кеңістік тор.
Кристалдардың негізгі қасиеттеріне: анизотроптылық, біртектілік,
кристалдардың өздігінен қырлануы, симметрия жатады. Біртектілік деп заттың
параллельді бағыттарында барлық нүктелерінде физикалық қасиеттері бірдей
болуын айтады. Анизотроптылық-кристалдың физикалық қасиеттері әртүрлі
бағытта бірдей емес. Кристалдардың өздігінен қайта қырлануы барлық
кристалдарға тән.Симметрия кристалдардың ішкі құрылысымен байланысты.
Бір сызықта орналасқан түйінділер жиынтығы қатар деп аталады. Қатардағы екі
нүктенің арасындағы арақашықтық параметр деп аталады. Түйінділер жиынтығы
тең параллелограмдардың төбелерінде орналасып жазықтық түзеді. Бір біріне
перпендикуляр үш жазықтық торкөзі кеңістіқ торын құрады.
3-Дәріс. Кристалдар симметриясы.Симметрия элементтері: симметрия
осьтері, инверсиялық осьтер, симметрия жазықтығы,симметрия
ортасы.

Көп қырлы кристалл затының бірқалыпты қайталайтын қасиеті симметрия
қасиеті болып табылады. Фигураны өз қалпына келтіретін әрекеттерді
симметриялық операция деп атайды.
Симметрия осі – Ойша жүргізілген сызықтың төңірегінде белгілі бір
бұрышқа фигураны айналдырғанда, фигура өз орныны тең бөліктер арқылы
қайталанып келсе, сол сызық симметрия осі болып табылады. n-осьтің реті, а-
бұрыш, n=360/а
Кристалдардың симметрия элементтерінде тек қана бірінші -L1, екінші –L2,
үшінші-L3, төртінші –L4, және алтыншы ретті-L6 болады.
Симметрия осьтерді дұрыс белгілеутәртібі келесі
1.Алдымен жоғары ретті осьтер жазылады;
2.Осьтердің алдында коэффициент арқылы осьтердің саны жазылады;
3. Осьтің реті кіші әріппен ось белгісінің оң жағына индекс түрінде
жазылады;
Инверсиялвқ ось - Ойша жүргізілген сызықтың төңірегінде белгілі бір
бұрышқа фигураны айналдырып, сонымен қатар орталық нүктеден
шағылдырғанда, оның бөліктері алғаш орнына қайтып келеді.
Осы екі әрекетті бірлестірген симметриялық элемент – инверсиялық ось.
Симметрия жазықтығы (P)деп көп қырлы кристалл затын айна тәрізді
екі тең бөлікке бөлетін жазықтықты айтамыз. Мысалы, сіріңке
қорабынан үш координатты жазықтықтар өтеді.
Инверсия ортасы (С) Фигураның ортасындағы ерекше нүкте инверсия
ортасы деп аталады. Оның ерекшілігі кез келген түзу сызық осы
нүктеден жүргізілгенде, екі жағындағы бірдей аралықтарда
фигураның сәйкесті бөліктерін кездестіреді.
Фигурада инверсия ортасы болған жағдайда әр жағына сәйкес
параллель және оған тең жақ болу тиіс.
4-Дәріс. Симметрия элементтерінің 32 түрі. Жеке бағыт,
симметриялық-тең бағыт. Кристалдардың сингониясы,
категориялар.
Симметрия түрі деп көп қырлы кристалды затқа сай симметриялық
элементтердің толық жиынтығын айтады. Симметриялық
элементтердің жиынтығын 32 түрге топтасады.
Қайталанбай жеке түрде кездесетін кристалдың бағытын ерекше бағыт
деп атайды. Қайталанатын бағыттар симметриялық-тең бағыт
болып табылады. Мысалы, кубта.
Симметрия түрлері қатарларға жіктеліп сингониялар береді.
Кристаллографияда 7 сингония қолданыдады-триклинды,
моноклинды, ромбалы, тригонды, тетрагонды, гексагонды және
кубты.
Бірдей және ұқсас симметрия элементтері бар бір топ симметрия
түрлері сингония деп аталады. Сингониялар 3 категорияға бөлінеді
1.Төменгі-триклинды, моноклинды, ромбалы.
2.Ортаңғы – тригонды, тетрагонды, гексагонды
3. Жоғарғы ө кубты
Триклинды сингонияға жататын кристалдардың қырлары арасындағы
бұрыштар әдетте үшкір, не доғал болады, тік бұрыштар кездеспейді.
Моноклинды сингонияға үш координатты осьтерге параллельді
бағытталған кристалдың үш қырлары арасындағы бұрыштардың екеуі
тік, біреуі доғал болған кристалдар жатады.
Ромбалы сингонияда симметрия ерекшілігіне сай көлденең қимасы ромб
болып кездесетін кристалдар көп.
Тригональды сингонияға жататын кристалдардың көлденең қимасы тең
үшбұрыш.
Тетрагональды сингонияға жататын кристалдардың төртінші ретті осіне
перпендикуляр қимасы квадрат.
Гексагональды сингонияға жататын кристалдардың алтыншы ретті
осіне перпендикулярлы тең қырлы алтыбұрыш.
Кубты сингония жоғары категорияда жүйелейді.
5-Дәріс. Симметрия элементтерін байланыстыратын теоремалар

Симметриялық операциялар бір-біріне байланысты
болады.Симметриялық элементтерінің байланыстары бірнеше
теоремаларға бағынады.
Бірінші теорема.Симметриялы екі жазықтықтың қиылысу сызығы
симметриялық ось болып табылады.Оның ықпалы екі жазықтықтың
әрекеттесу қосындысына тең. Бұл осьтің элементарлы бұру бұрышы
жазықтықтар аралығындағы бұрыштан екі есе үлкен.
Мұны дәлелдеу үшін сіріңке қорабын алуга болады (параллелепипед).
Онда бір-біріне перпендикулярлы үш жазықтық бар. Жазықтық
арасындағы бұрыштар 90о-қа тең. Ал жазықтықтар қиылысқан түзу
сызықтар-екінші ретті осьтер, олардың элементарлы бұрыштары 180 о
тең.
Екінші теорема. (Эйлер теоремасы). Егер екі симметриялы осьтер
қиылысатын болса, қиылысу нүктесінен міндетті түрде үшінші ось
өтуге тиіс.
Үшінші теорема. Егер фигурада реті жұп мәнді осьпен қатар инверсия
центрі болса, міндетті түрде бұл оське перпендикулярлы жазықтық
өтуге тиіс.
Төртінші теорема. n-ретті симметриялық оське бірнеше екінші ретті
осьтер перпендикулярлы болса, олардың саны n-ға тең болады.
Бесінші теорема. Реті n-ға тең симметриялық ось пен оның бойымен
өтетін симметриялық жазықтықтар болса, олардың саны n-ға тең
болады.
Алтыншы теорема. Жұп инверсиялық ось бойынша өтетін симметрия
жазықтығы инверсиялық оське перпендикулярлы әреті ось пайда
болады және жазықтықтардың арасындағы бұрыштың биссектриса
бойынша өтеді.
6-Дәріс. Кристалдардың қарапайым және күрделі формалары.
Комбинациялар Симметрия элементтерін белгілеу.
Стереографиялық проекциялар.
Жақтары бойынша кристалдар екі топқа бөлінеді. Қарапайым формалар-
бірдей симметриялық жақтары бар кристалдар жатады. Мысалы, куб,
октаэдр т.б.
2-ші топқа әртүрлі жақтары бар кристалдар жатады-комбинациялар.
Мысалы, пирамидалар.
Кристалдарды заттардың формаларың дұрыс табу үшін стереографиялық
проекциялар қолдану керек.Алдымен кристалды кеңістікте
симметриясына сай дұрыс орналастыру керек.Орналастыру дегеніміз
кристалдардың симметриялық осьтерін, не симметриялық
жазықтарын, не жазықтарға перпендикулярлы бағыттарды не болмаса
кристалдардың қырларын кеңістіктегі координатты осьтермен
сайкестендіру.
Төменгі категорияға жататын қарапайым формалар.Триклинды
сингонияға- моноэдр, пинакоид. Моноклинды сингонияға - диэдр,
ромбалы призма. Ромбалы снгонияға – ромбалы тетраэдр, ромбалы
пирамида, ромбалы дипирамида. Қосымша - моноэдр, пинакоид, диэдр
және ромбалы призма.
Ортанғы категорияға жататын- призма, пирамида, дипирамида және
трапецоэдр, моноэдр, пинакоид, ромбоэдр, тригональда скаленоэдр,
тетрагональды скаленоэдр.
Жоғарғы категорияға –тетраэдр, гексаэдр, октаэдр және олардың
туындылары.
7-Дәріс. Кристалл тор динамикасы. Динамиканың екі түрі

Механикалық күштердің әсерінен кристалл торды құрайтынатомдар
өздерінің тепе-теңдіктегі орындарынан ығысып, нәтижесінде дененің
өлшемдері мен пішіні өзгереді, яғни деформацияланады. Деформация
қайтымды(серпімді) және қайтымсыз болады. Серпімді деформацияда
ығысқан атомдар сыртқы күштер әсер етпегенде айтқан орындарына
қайтып келу үшін ішкі атомаралық күштер жеткілікті. Кристалл
атомдары арасындағы байланысты сыртқы күштің әсерінен
қысылатын, созылатын серіппе ретінде қарастыруға болады.
Қайтымсыз деформацияның екі түрі: пластикалық
деформация және морт сыну байқалады. Бір
жағдайда дене өзінің өлшемдері мен пішінін баяу
өзгертеді, яғни аққандай болады. Жүктеме алынған
соң ағу тоқталады да дене өзгерген өлшемдерін
сақтап қалады, яғни қалдықты деформация орын
алады (металдарға тән). Морт сыну басқаша жүзеге
асады. Сыртқы жүктемені көбейткенде дене
өлшемдерін де, пішінін де сынғанға дейін белгілі бір
шамаға дейін өзгертпейді. Деформацияның мұндай
түрі химиялық химиялық байланысы бейметалл
және полимерлі емес қатты денелерге тән.Кез
келген деформацияда , морт сынғанда да сыртқы
күштер әсерінің нәтижесі қатты дененің ішінде
атомаралық өзгерістердің жиналуынан тұрады.
Сондықтан қатты денелердің деформациясының
механизмін кристалл тор атомдарының ығысу
процестерін қарастырмай түсіну мүмкін емес.
Мұндай қарастыру тор динамикасын талдайуға
атомдық пайымдауды құрайды. Сонымен қатар көп
жағдайларда қатты дене деформациясы сыртқы
әсерлерде бүтін жалпы ретінде маңызды. Мұндай
пайымдау континуалды деп аталады, себебі ол
мұндай кристалдың атомдық құралымын ескермей
сыртқы күштерге атомдардың бүкіл континуумының
реакциясын қарастырады. Континуалды пайымдау
кристалды біртекті үздіксіз орта ретінде
қарастырады. Осы ортадан қарапайым бір кубты
(текше) аламыз. Оның қабырғалары x, y, z остеріне
параллель. Оның жақтарына іштен және сырттан
бірдей күштер әсер етеді. Тепе-теңдікте қарама-
қарсы жақтарға берілген күштер өзара тең. Бұл
күштер дене бетіне пропорционал. Сондықтан бұл
күштердің дене бетінің бірлігіне қатынасы ретінде
қарастырылады, яғни олар кернеу болып табылады.
Оларды белгілейміз: X,Y,Z.
8-Дәріс. Кристалл тор атомдарының тербелістерін
сипаттаудың дуалізмі. Фонондар.
Қатты денеде барлық атомдар бір-бірімен
серпімді күштермен байланысқандықтан,
олардың кез келгенінің тербелістері көршісіне
беріледі. Осылайша бүкіл кристалда мүмкін
бағыттардың бәрінде серпімді толқындар
таралады. Олар жылулық тербелістер деп
аталады. Кристалдағы атомдар тербелістерін
басқаша тәсілмен, корпускулалық көзқарас
тұрғысынан қарастыруға болады. Мұндай
пайымдауда тербелістер энергиясының ең аз
порцияға өзгеруі тербелістер кванты ерекше
квази бөлшек – фононның пайда болуы немесе
жоғалуы ретінде қарастырылады.
Фонон энергиясы Е=ħw,ол дыбысжылдамдығымен
қозғалады. Фононның импульсі де бар: p=hq.
Мұнда р векторы импульс емес, квазиимпульс.
Нағыз импульстен оның екі айырмашылығы бар: 1)
фонондар, кез келген квазибөлшектер сияқты тек
нағыз бөлшектерден тұратын жүйелерде ғана
өмір сүре алады; фонондар тек кристалдарда өмір
сүреді, олар оны тастап немесе одан шығып кете
алмайды; 2) квазибөлшектер соқтығысқанда
квазиимпульс сақталмайды. Фонондар
соқтығысып, жоғалады, соқтығысқан фонондар
жиілігінен өзгеше жиілігі бар және энергиясы бар
жаңа фонон пайда болады. Бір кванттың күйдегі
фонондардың орташа саны: n=E /, мұндағы Е-
фонондардың орташа
2 энергиясы, -
айналмалы жиілігі. таралатын тербелістер жиілігі
келесі аралықта жатады:
min
, max
9-Дәріс. Кристалдағы ақаулар туралы жалпы түсініктер.

Нүктелік ақаулар. Вакансиялар.

Реал кристалдарда әрқашан кристалл торда
микро- және макроақаулар болады. Кристалл
өрістің ақаулығын кристалл атомын бөгде
косымша атоммен орын басу және кристалдан
атомды шығару нәтіжесінде вакансияның
түзілуімен көрсетуге болады. Ішкі кристалл
өрісінің кез келген бұзылуы ақау болып
табылады. Ақауларға тән белгі – ойдымдық
(локальдык) – энергетикалық деңгейлердің
электрондармен байланысы. Бұл байланыс
әртипті қатты денелерде әртүрлі. Қатты
денелердің әртүрлі қасиеттері әртипті
ақаулармен анықталады. Сондықтан ақаулар
геометриялық белгілері бойынша
жіктеледі:нүктелік, сызықты, жазық.
Металдар мен металл құймаларындағы
вакансиялар.
Атомдар арасында кинетикалық энергиясы
орташа мәннен жоғары атомдар болады.
Мұндай энергиясы жоғары атомдар өздерінің
тепе-теңдіктегі орындарынан ыршып тор
түйіндерінің арасына ауысуы мүмкін. Атом
түйіннен түйінарасына ауысқан соң ол бос
түйінге қайтып – рекомбинация жүзеге асуы
мүмкін. Бірақ атом вакансияға жақын
түйінарасынан алшақ түйінарасына
диффузиялануы да мүмкін. Осылайша,
вакансия – түйінаралық атом жұбы пайда
болады, ол Френкель жұбы деп аталады.
Мұндай типті вакансиялар Френкель бойынша
деп аталады (2 сурет,а). Егер Түйінаралық атом
немесе вакансия диффузияланып, оның бетіне
шықса, оған өте терең атомдық қабаттағы атом
ауыса алады. Мұндай типті вакансиялар
Шоттки бойынша деп аталады (2 сурет,б)
2 сүрет. Кристалдағы
Френкель (а) және Шоттки
(б) бойынша вакансиялар.
10-Дәріс. Қатты денелердегі сызықты және
жазық ақаулар.
Кристалдардағы ақауларды өлшемдік жіктеуде
өлшемдері екі бағытта тор периодынан кіші
және үшінші бағытта кеңістікте шексіз
созылған бірөлшемді ақаулардың болатыны
айтылған. Мұндай ақаулар дислокациялар деп
аталады. Оларды ХХ ғасырдың 30-жылдары
кристалдардың ығысу беріктігін түсіндіру үшін
Я.И.Френкель мен Тейлор енгізген.
Дислокация немесе дислокация сызығы –
кристалдың ығысқан облысын ығыспаған
облыстан бөліп тұратын сызық. Кристалл
тордағы атомдардың ығысу шамасы мен
бағытын Бюргерс векторы анықтайды.
3 сурет. Аймақтық
дислокация

4 сурет. Бұрандалы
дислокация.
Дислокациялардың ақаулармен әрекеттесу.
5 сурет. Таңбасы әртүрлі
дислокациялар бір-біріне
қарай орын ауыстырғанда
вакансияның түзілуі.

6 сурет. Вакансиялар біріккенде
дислокациялық сақинаның түзілуі.
Жазық ақаулар
Кристалл құрылымының
маңызды жазық ақаулары:
дәндердің шекаралары,
ұқсастар, қабатталу ақаулары.
Жалпы шекаралар фазааралық
және фазаішілік болып бөлінеді.
1-сы әртүрлі фазалық күйдегі
облыстарды бөледі. Бір
фазадағы кристалдардың
жанасуына алып келетін
кристалл облыстары фазаішілік
шекараны береді (7 сурет).
11-Дәріс. Қатты денелердің бетінің құрылымы. Беттік
диффизия. Қатты денелердің қасиеттерінің
адсорбциялық өзгеру.
Нақты кристалл бетінің құрылымы
күрделі: 1- қатты дененің беті – ол өте
жұқа көлемдік қабат; 2 – бетте әртүрлі
ақаулар бар; 3 – бет сыртқы ортамен
байланысатындықтан оның құрылымын
қалыптастыруда оттек үлкен роль
атқарады; 4 – адсорбция құбылысының
әсерінен бетте богде бөтен атомдар
болады; 5- бетке кедір-бұдырлық та
тән. Нәтижесінде қатты дене беті
құрылымы жағынан әртекті болып
келеді.
Беттік (Фольмер) диффузия.
Фольмер тәжірибесінде сынап жоғары
вакуумда қатты салқындатылған бетке
буланады. Түзілген кристалдардың пішіні
пластина тәрізді болған. Фольмер кристалл ені
бойынша қалыңдығымен салыстырғанда 100
есе тез өсетінін тапқан. Бұл нәтижені сынап
атомдарының пластинкалар жазықтығы
бойынша жоғары диффузиялануымен
түсіндіруге болады. Беттік диффузия
коэффициенті көлемдік диффузия
коэффициенті сияқты орын ауыстыратын ақау
(вакансия, адсорбцияланған атом)диффузия
коэффициентінің оның тепе-теңдіктегі
концентрациясына көбейтіндісіне тең:
N
d
d d d
D N D d p 2 exp U f U m / kT
S d
мұндағы p– секірістер саны, -ақаудың бетке
жасай алатын секірістер ұзындығы, d -
m
U df жәнеU d
ақаудың беттегі тербелістер жиілігі,
ақаудың түзілу және орын ауыстыру
энергиялары.
Қатты денелер қасиеттерінің
адсорциялық өзгерістері.
Адсорбцияланған қабаттар үйкеліс коэффициентіні
төмендетіп, қатты денелердің өзара қозғалуына
жағдай жасайды. йкелісті әлсіру үшін әртүрлі
майлағыштар қолданылады. Олардың екі түрі бар:
гидродинамикалық және шекаралық. Біріншісі үлкен
қалыңдығының арқасында екі металл беттің
жанасуына жол бермейді. Шекаралық майлағыштар
өте жұқа және мономолекулалақ немесе
моноатомды қабаттар болып келеді.
Олар металдар арасындағы байланысу
күштерін азайтып, жанасуына кедергі
жасайды.
ББЗ адсорбция әсерінен кристалдардың
деформациялануының жеңілдеуі - Ребиндер
пәрмені деп аталады. Бұл қатты денені
механикалық өңдеуде пайда болатын
микрожарықшақтарда сұйықтық ББЗ
молекулаларының адсорбциясымен
түсіндіріледі.
Әртүрлі қабықшалармен қатты денелердің
беріктігін жоғарылатуға да болады. Бұл –
Роско пәрмені. Оның физикалық мәні – беттік
қабықша дислокациялардың дене көлемінен
бетіне шығу жолын жауып тастайды.
Сондықтан дислокациялар қабықша астында
жиналып, олар ормектеліп, кристалдың
беріктігінің өсуіне алып келеді.
12-Дәріс. Химиялық байланысы металдың
сипаттағы материалдар мен қыш.
Химиялық байланысы металдық сипаттағы қатты
денелерге металдар, металл құймалары және
көптеген интерметалды қосылыстар жатады. Егер
ғасыр басында металдар кен қолданылса, ХХ
ғасырдағы техниканың дамуы қасиеттері әртүрлі
құймалар алуға көп көңіл бөлуді талап етті.
Қазіргі уақытта металл құймаларға өте жоғары
температураларда қызуға берік, өте төмен
температураларда криоберік,сонымен қатар
виброберік тән болу керек. Механикалық
қасиеттерден басқа металдық материалдардан
физикалық – электрлік, оптикалық, магниттік
қасиеттерге талап етіледі. Оларға жоғары- және
төменөткізетің құймалар, асқын өткізгіштер,
терможұптарға арналған ерекше құймалар және
т.б. жатады.
Құймалардағы интерметалдық қосылыстар.
1сурет. Ni-Sb (a) және Fe-Sb (б) жүйелеріндегі
ерітінділердің электр кедергісі
Металдық моно-және поликристалдардың
пластикалық қасиеттері.
Қатты денелердің механикалық қасиеттерін
қарастырғанда тек серпімді қасиеттері
айтылды, бұл кезде дененің сығылуы мен
созылуы Гук заңына бағынады. Механикалық
жүктемемен әсер етіп, оны алған кезде дене
деформацияға ұшырамайды. Егер
механикалық жүктеме ауырырақ болса, онда
оны алған соң кристалл деформацияланады.
Бұл жағдайда дене пластикалық
деформацияланады деп айтады, механикалық
кернеу мен деформация арасындағы қатынас
Гук заңына бағынбайды.
2 сурет. Деформацияның жүктемеге
тәуелділік қисығы.
13-Дәріс. Жылжығыштық және мүжілу
құбылыстары. Супер құймалар. Аса
иілгіштік.Металдар мен құймалардың электр
өткізгіштігі Аса өткізгіш металдар мен құймалар.
Жүктеме астындағы материалдың
пластикалық деформациясының уақыт
бойынша өзгерісі – жылжығыштық.
3 сурет. Жоғары
температурадағы
деформация-уақыт
қисығы.
Жылжығыштыққа сәйкес
учаскеде 3 облыс бар:
тұрақталмаған, тұрақталған,
үдетілген жылжығыштық.
Болдыру деп қайталанбалы-ауыспалы
кернеулердің әсерінен материалда
жарықшақтардың түзілуіне алып
келетінбіртіндеп бұзылу процесін
айтады.Металдың болдыруы оның жеке
көлемдерінде металл емес енулер, газ
көпіршіктері, әртүрлі жергілікті ақаулар
болатын кернеулердің концентрациясына
негізділген.Бірнеше рет күш берген соң үлгі
бұзылу нәтижесінде болдыру сынығы сыртқы
түрі екі түрлі бөліктерден тұрады. Сынықтың
тегіс беттік бір бөлігі қайталанбалы-ауыспалы
жүктемелердің әсерінен жарықшақтар
облысында үйкелістің салдарынан түзіледі, 2
бөлігі жарықшақтар дәнді сынықты үлгі
бұзылу мезетінде пайда болады. Сынықтар
натижесінде болдыруға қарсылықты
сипаттайтын шыдамдылық шегі анықталады.
Металдар мен құймалардың негізгі қызметтерінің
бірі – олардың конструкциялық материалдар
ретінде қолданылуы.Сондықтан жаңа металл
материалдар жасаушылардың басты мақсаты –
олардың термиялық төзімділігін жоғарлату. Бұл
мақсатты авиыциялық және ракеталық техника
даму мысалымен көрсетуге болады. Авиациялық,
әсіресе ракеталық ұшу аппараттарында металл
экстремальды жағдайларда «жұмыс істейді», бұл
ең алдымен корпус бетінің температурына
қатысты.
Жылдар өте ұшу жылдамдығының өсуі корпус
материалының атмосферадағы үйкелісінің
күшеюіне байланысты температураның өсіне
алып келеді. Болашақ аппараттың сыртқы бетінің
температурасы жетеді.
0
Ұшу
1600 C үшін
апапараттарының қозғауыштар
материалдар да қызуға төзімді болу керек.
Қозғауыштар үшін бүгінде 0
1000 1700
жұмыс істейтін суперқұймалар алынған. C
Асқын өткізгіш металдар мен құймалар.
1911 ж. Голландияда Камерлинг-Оннес сұйық
гелийдің қайнау температурада (4.2 К)
сынаптың меншікті электр кедергісінің нольге
дейін азаятынын ашты. Асқынөткізғіш күйге
ауысу секірмелі түрде қандай да бір кризистік
температурада өтеді. 1987 ж. дейін кризистік
температура әртүрлі 500-ге жуық металдар
мен құймалар белгілі болды.
Материал Al V In Nb Sn
Tc, K 1.19 5.4 3.4 9.46 3.72
Асқын өткізгіштерді кәдімгі өткізгіштерден
ажырататын екі маңызда эффектісі бар. Бұл –
асқын өткізгіштегі температурада өшпейтін
тұрақты ток және осы температуралар
облысындағы асқын өткізгіштің идеал
магнетизмі (Мейснер-Оксенфельд эффектісі).
14-Дәріс. Қыш қатты денелер. Қыш
материалдар туралы жалпы түсініктер.
Конструкциялық қыш. Қыш ферритер.
Қыш материалдар (ҚМ) бүгінде өте кең
қолданылады және сан алуан- құрылыс
кирпишінен бастап жаңа жоғарытемпературалық
асқын өткізгіш қышқа дейін. Олардың
таңғажайып әртүрлі қасиеттері бар. ҚМ атомдық
құрылымында атомдар арасында химиялық
байланыстың екі түрі кездеседі: ионды және
ковалентті. Ионды байланыста электронды
зарядтар иондар айналасына шоғырланады және
иондар арасында электростатикалық күштер
болады. Ковалентті байланыста электрондық
тығыздық көршілес атомдар арасында теңдей
таралады. Бұл кезде электростатикалық
әсерлесу әлсіз, бірақ ковалентті байланыс айқын
бағытталғандықтан байланыс күшті.
1 сурет. Заттардың әртүрлі құрылымы: а)
алмаз ж.о.к. торда ковалентті байланысқан
көміртек атомдарынан тұрады, б)
кристобаллит кристалдары, в) силикат
шынысы .
Қыш – табиғаты металдық емес және құрылымы
полимерлі (тізбекті) емес қатты дене, яғни полимер
және металл емес барлық заттар. Демек, ҚМ
формасы сан алуан: шынылар, монолит
кристалдар, ұсақ кристалдардың
конгломераттары, осы формалардың бірігуі.
Конструкциялық қыш.
Қыштың конструкциялық материал ретінде екі
бағалы қасиеттері бар: химиялық және
теримиялық тұрақтылық. Бұл екеуі де күшті
химиялық атомаралық байланыстарға
негізделген. Сондай-ақ көптеген ҚМ – металл
оксидтері, сондықтан жану және химиялық
реакциялар кезінде ары қарай тотықпайды.
Химиялықбайланыстардың беріктігі ҚМ-дың
жоғары балқу температурамен қаттылығын
анықтайды. Бірақ бұл беріктілік атом
қабаттарының өзара сырғанауына жол
бермейді. Сондықтан сырттан жүктеме
түсіргенде ҚМ өз пішінің сақтап қалады, егер
жүктеме шекті болса, материал бірден
бұзылады – морт сынады. ҚМ ығысуға
қарағанда сығуға шыдамды. ҚМ-дың беріктігін
жоғарлату үшін келесі жолдар бар: 1-
жарықшақтардың пайда болу көздері болып
табылатын кеуектер, химиялық қоспаларды
жою, 2 –жарықшақтардың өсуін тежеу.
Қыш фериттер
Ферримагнетиктерден қыш технологиясы
бойынша жасалытын материалдар – фериттер
деп аталады. Табиғи ферримагнетикке типтік
мысал – магнетит . Мұндағы темір иондарың
Mg, Ni, Co, Mn, Cu … иондары ауыстыра алады,
сонда фериттер класы шығады .
Фериттерді алу технологиясы – бастапқы
оксидтер қоспасынын қажет бұйым престеліп,
әртүрлі газ орталарда -де пісіріледі.
Фериттердің ферромагнетиктерден екі
айырмашылығы бар:
1) жоғары магниттік қасиеттерінің жоғары
изоляциялық қасиеттермен бірігуі; фериттердің
меншікті электр кедергісі 10 3 Ом см темірден 6
ретке көп;
2) гистерезис тұзағының формасы –
тікбұрышты.
Фериттердің қолданылуы: электронды
техникада, толқынжүргіштерде, есептеуш
техникада.
15-Дәріс. Жартылай өткізгіштер туралы
жалпы мәлиметтер
Жартылай өткізгіштердің (ЖӨ)ерекше қасиеті –
олардың сыртқы әсерлерге ( температура,
электр және магнит өрістері, гидростатикалық
қысым, жарық және т.б.) өте жоғары
сезімталдылығы. Осы факторлардың әсерінен
ЖӨ сипаттамалары, мысалы электр өткізгіштігі
есе өзгереді. Бұл ЖӨ-тің кристалл торында
атомдардың берік ковалентті байланыспен
байланысқандығымен түсіндіріледі.ЖӨ-дің
келесі зоналық құрылымы бар: валенттік зона,
өткізгіштік зона, олардың арасында тыйым
салынған зона. ЖӨ-де электр өрісінің әсерінен
электрондардың орын ауыстыруы
электрондарды валенттік аумақтан өткізгіштік
аумағына қандай да бір тәсілмен көшірмейінше
жүзеге аспайды. Заряд тасушылардың
концентрациясы нүктелік ақаулардың
болуымен анықталады.
ЖӨ-тердегі маңызды құбылыс – заряд
тасушылардың электрондар мен кемтіктердің
кристалда қозғалғанда шашарауы. Шашырау –
бөлшектердің қандай да бір ақаумен әрбір
соқтығысуынан соң траекторияларының қисаюы.
Осындай соқтығысулар нәтижесінде
электрондар мен кемтіктер қозғалысы
броундыққа ұқсас, бірақ берілген «тартушы»
электр өрісінің жағына қарай бағытталған.
Мұндай қозғалыс сандық түрде электрондар
қозғалғыштығымен снпатталады. Заряд
тасушылар соқтығысатын басты ақаулар – қоспа
иондар мен кристалл тордың тербелетін
атомдары: фонондар. Жиі жартылай
өткізгіштерге жарықпен әсер етеді. Бұл
жағдайда заряд тасушылардың концентрациясы
тепе-теңдік концентрациядан асып кетеді.
Сыртқы күш әсерің тоқтатқанда ЖӨ тепе-
теңдікке ұмтылады да, артық концентрациялар
электрондардың валенттік аумаққа кері қайтуы
есебинен уақыт бойынша азаяды. Бұл процесс
рекомбинация деп аталады.
ЖӨ техникада қолданылуы п және р – типті
кристалдардан тұратын құрылымды
қолданумен байланысты.
р-п ауысуларды дайындаудың
тәсілдері: балқыту, диффузия
және эпитаксия. Балқыған р-п
ауысуын түзу үшін ЖӨ
пластина бетіне электрод
материал орналыстырады.
Әдетте ол – арнайы құйма.
«Кристалл-құйма» жүйесін
балқу температураға дейін
қыздырып, біраз уақыт ұстаған
1сурет. Р-п ауысу деп соң, суытады. Балқытылатын
аталатын
құрылымның түзілуі.
металл п-типті ЖӨ үшін
акцептор және р-типті ЖӨ
үшін донор болу керек.
Диффузия арқылы р-п – ауысудың түзілуі қарапайым
және 1 суреттен түсінікті. Вакуумда жабық жүйеде өтетін
технологиялық диффузиялық процестер бар.
а – бұл кезде ЖӨ
пластинкасы (1) мен
диффузияланатын зат
көзі (3) алдын-ала газ
сорылған ампулаға (2)
салады; б- атмосферасы
бар ашық түтіктерде
диффузантты қаптама
ретінде пластьинаға
орналыстырады; немесе в
– газды фаза ретінде
пластиналар үстіне
жібереді; г – газды
эпитаксия.
2сурет.Диффузиялық
процестер.
Барлық талшықтар (металл, қыш, полимер,
көміртек) берік, бірақ шыны талшығы
созылғыш, ал көміртек талшығы
деформацияланбайды. Соққыға төзімді
композит ретінде,мысалы оқ өтпейтін
материалдарда шыны да, көміртек те сәйкес
келмейді, қатандығы аздау, полимерлі талшық
қолданылада. Талшық таңдаудың маңызды
принципы – матрица материалымен химиялық
үйлесімділігі. Синергизмді қамтамасыз ету
үшін талшық материалы балқыған, бірақ
қатпаған матрицаға жақсы жұғу керек.
Соңдай-ақ матрицамен бірігу кезінде
талшықты бұзатын химиялақ реакциялар өтпеу
керек. Осылайша, талшықтардың материалы
таңдауда 4 критерийге қарайды: композит
беріктігі, қатаңдығы, талшықтың жұғуы және
оның матрица балқымасында химиялық
тұрақтылығы.

Ұқсас жұмыстар

Кристаллография туралы жалпы түсінік

Аморф заттар Кристалл заттар

Пәндер